V tomto blogovém příspěvku se budeme zabývat tím, proč se elektromobily stanou ústředním bodem budoucnosti z environmentálního, technologického a politického hlediska.

Srovnání benzínových/dieselových automobilů a elektromobilů

Nedávno došlo v USA k mimořádné události, kdy cena akcií jisté automobilky prudce vzrostla o více než 1 000 %. Dotyčnou společností je „Tesla“, výrobce elektromobilů, který založil Elon Musk – známý jako spoluzakladatel PayPalu – spolu se čtyřmi dalšími inženýry. Musk uvádí na trh nový trend tím, že vdechuje život automobilům na baterie, které byly kdysi jen výplodem fantazie. Nejenže rostou globální obavy ze znečištění životního prostředí, ale z pohledu spotřebitele jsou náklady na údržbu elektromobilů velmi nízké, což vede k prudkému nárůstu poptávky po nich. Důkazem toho jsou projekce, že elektromobily budou do roku 2025 tvořit přibližně 20 % celkového automobilového trhu. Vzhledem k této situaci lze bez přehánění říci, že elektromobily se staly pro automobilky nezbytnou volbou.
Potřeba elektromobilů je ve skutečnosti rozpoznána již dlouhou dobu. S tím, jak se environmentální problémy způsobené globálním oteplováním a emisemi z vozidel staly stále výraznějšími, se jako řešení objevila potřeba elektromobilů; komercializace však byla obtížná kvůli problémům s výkonem baterií a dobou nabíjení. V poslední době však pokrok v technologii elektronických zařízení – včetně chytrých telefonů – zlepšil účinnost baterií, což umožnilo hromadnou výrobu modelů elektromobilů. V tomto článku se budeme zabývat principy elektromobilů ve srovnání s konvenčními benzínovými a naftovými vozidly a také se budeme zabývat budoucím směřováním technologie baterií.

Jak fungují benzínová a naftová vozidla

Většina vozidel s pohonem zadních kol se řídí základní konstrukcí, kterou v roce 1891 zavedl francouzský inženýr „Panhard-Levassor“. Automobil se skládá z přibližně 30 000 dílů a je zhruba rozdělen na karoserii a podvozek. Podvozek je součástí, která generuje energii potřebnou pro pohon vozidla, a dále se dělí na motor, hnací ústrojí a kola. U automobilů s benzínovým motorem se plyn o vysoké teplotě, který vzniká spalováním paliva a kyslíku uvnitř válců, rozpíná a pohání písty. Tento proces se skládá ze čtyřtaktního cyklu – sání, komprese, výkon a výfuk – a výfukové plyny uvolňované do atmosféry během výfukového zdvihu jsou hlavní příčinou znečištění životního prostředí.
Vozidla na naftu fungují podobně jako benzínová vozidla, ale liší se způsob zapalování paliva. Vznětové motory nabízejí vyšší palivovou účinnost a větší točivý moment než benzínové motory, ale čelí problémům souvisejícím s emisními předpisy a hlukem. Vznětové motory se mohou pochlubit vyšší tepelnou účinností spalováním paliva pod vysokým tlakem, ale k řešení problémů s výfukovými plyny, včetně jemného prachu a oxidů dusíku, jsou zapotřebí technická vylepšení.

Jak fungují elektrická vozidla

Naproti tomu elektromobily jsou poháněny elektřinou, která pohání elektromotor. Na rozdíl od benzínových a naftových vozidel nevyžadují pístový motor, což zjednodušuje jejich konstrukci a vede k prakticky nulovému hluku motoru. Elektromobily se dělí do několika typů podle zdroje energie. Prvním je vozidlo s vodíkovými palivovými články (FCEV). Toto vozidlo využívá vodík jako palivo k výrobě elektřiny v palivovém článku. Vodík a kyslík v palivovém článku procházejí chemickou reakcí za vzniku elektřiny a protože jediným vedlejším produktem je voda, je velmi šetrné k životnímu prostředí. Vzhledem k tomu, že infrastruktura, jako jsou vodíkové čerpací stanice, je stále nedostatečně rozvinutá, očekává se, že bude trvat, než se tato vozidla stanou široce dostupnými.
Druhým typem jsou bateriová elektromobily (BEV). Tyto vozy nabíjejí elektřinu do vestavěné baterie a tuto elektřinu používají k napájení motoru. Protože jezdí výhradně na elektřinu, nazývají se také „čistě elektrická vozidla“. Do této kategorie spadají modely vyráběné primárně společností Tesla. Bateriová elektromobily se však nabíjejí dlouho a mají omezený výkon baterie. Obavy se objevily také ohledně používání fosilních paliv při výrobě baterií, což zpochybňuje jejich pověst zelené technologie.
Třetím typem je hybridní elektrické vozidlo (HEV), které využívá malý spalovací motor k vyrovnání omezené úložné kapacity baterie. Vzhledem k tomu, že může jezdit a zároveň nabíjet baterii spalovacím motorem, je považováno za přechodnou technologii mezi bateriovými elektromobily a konvenčními benzínovými vozidly.

Pokroky v technologii baterií a budoucnost

Jedním z nejdůležitějších faktorů pro široké přijetí elektromobilů je technologie baterií. V současné době většina elektromobilů používá lithium-iontové baterie, které jsou relativně účinné, ale mají nízkou hustotu energie, což má za následek kratší dojezd na jedno nabití ve srovnání s vozidly se spalovacím motorem. Pro řešení tohoto problému se po celém světě zkoumají technologie baterií nové generace, jako jsou polovodičové baterie. Polovodičové baterie získávají na pozornosti jako technologie, která využívá pevný elektrolyt místo kapalného, ​​čímž zvyšuje bezpečnost a hustotu energie a zároveň zkracuje dobu nabíjení. Pokud bude tato technologie komercializována, očekává se, že významně vyřeší problém dojezdu elektromobilů.
Technologie recyklace baterií se navíc stává kritickým problémem. Je třeba vyvinout technologie pro efektivní recyklaci lithium-iontových baterií po skončení jejich životnosti. Pokud bude technologie recyklace baterií úspěšně zavedena, environmentální přínosy elektromobilů se dále rozšíří.

Výzvy pro komercializaci elektromobilů

Výzvy v oblasti komercializace elektromobilů vyžadují komplexní přístup zahrnující nejen technologický pokrok, ale také rozšiřování infrastruktury a politickou podporu. V poslední době byly v zemích po celém světě oznámeny různé předpisy a podpůrná opatření na podporu komercializace elektromobilů.
Ve Spojených státech byl v roce 2022 přijat zákon o snižování inflace (IRA), který poskytuje výhody výrobcům zapojeným do výroby elektromobilů, a zavádějí se také nová pravidla týkající se přísnějších emisních norem CO₂. Evropská unie (EU) v roce 2023 také oznámila nařízení EU o bateriích, které posiluje právní předpisy na podporu udržitelného hospodaření s bateriemi a recyklace. Tato nařízení si kladou za cíl minimalizovat dopad na životní prostředí v průběhu celého životního cyklu baterií a podpořit oběhové hospodářství.
Největšími překážkami komercializace elektromobilů jsou nabíjecí infrastruktura a výkon baterií. Země investují obrovské prostředky do rozšiřování nabíjecí infrastruktury a od roku 2022 do roku 2023 Evropa a Spojené státy zavádějí politiky zaměřené na instalaci nabíjecí infrastruktury. V důsledku toho se technologie baterií také rychle rozvíjí. Poptávka po lithium-iontových bateriích nadále roste a v roce 2023 se výkon a produktivita baterií výrazně zlepšily.
Nové technologie baterií, jako jsou polovodičové baterie a lithium-železitophosfátové (LFP) baterie, navíc snižují náklady na baterie, prodlužují jejich životnost a zvyšují konkurenceschopnost elektromobilů. Zejména se očekává, že tyto baterie budou hrát klíčovou roli v udržitelné budoucnosti průmyslu elektromobilů, a to snížením používání vzácných kovů.
Zatímco tedy pro komercializaci elektromobilů přetrvávají výzvy, jako je rozšiřování nabíjecí infrastruktury, zlepšování výkonu baterií a posilování technologie recyklace baterií, politická podpora a technologické inovace ze zemí po celém světě tyto problémy rychle řeší.